Pijpenbuiger - Materiaalgids

Buizen van verschillende metalen zijn geschikt om te buigen. Verschillende buismaterialen hebben echter verschillende fysische eigenschappen die de buiging beïnvloeden. Koper bijvoorbeeld is bij kamertemperatuur zacht en gemakkelijk te buigen, terwijl RVS veel meer moeite kost om te buigen. Niet alleen het buiggemak wordt beïnvloed door het materiaal van de buis, maar ook de mate waarin een buis de gewenste vorm aanneemt of beschadigd raakt tijdens het buigproces. In dit artikel wordt nader ingegaan op gangbare buismaterialen en hun geschiktheid voor buigen.

Materialen voor het buigen van pijpen

Buizen die ideaal zijn om te buigen, worden meestal gemaakt van de volgende materialen:

• Koper
• Aluminium
• IJzer
• Alloys (mengsel van een metaal met een ander metaal of niet-metaal)
• Kunststof
• Hout

Voor het buigen van pijpen worden gereedschappen gebruikt die pijpbuigers worden genoemd. Elk materiaal varieert in specifieke dichtheid en zwaartekracht. Ook zijn de materialen verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten met verschillende buigeigenschappen die afhangen van de chemische samenstelling van het materiaal.

Buigeigenschappen van metalen en legeringen

De voornaamste eigenschap van een voor het buigen geselecteerd materiaal is de vervormbaarheid. Vervormbaarheid is het vermogen om een materiaal blijvend te vervormen zonder te breken of te barsten. Het koud buigen van een pijp is ideaal voor de beste resultaten, omdat dit geen breuken in de pijp veroorzaakt. Zonder buiggereedschap (b.v. elektrische pijpbuigers en hydraulische pijpbuigers) dat voldoende kracht kan produceren om minder buigzame metalen (b.v. RVS) koud te buigen, worden deze metalen vaak verhit om het gewenste effect te bereiken.

Koolstofstaal

De term koolstofstaal wordt vaak gebruikt om staal aan te duiden dat geen RVS is, en is een van de meest gebogen materialen. Het is een sterke, betrouwbare component voor de bouw (figuur 2) en OEM (original equipment manufacturer)-toepassingen. Koolstofstaal is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten, die verschillende mogelijkheden bieden bij de bewerking, het buigen en de slijtvastheid. Het is ook een duurzame en recycleerbare optie die de totale koolstofvoetafdruk verkleint.

Mild staal en verenstaal zijn twee soorten koolstofstaal die geschikt zijn voor het buigen van pijpen.

• Mild staal: Mild staal is een commerciële term voor staal met een laag koolstofgehalte. Het bevat 0,04 - 0,3% koolstof en is daardoor makkelijker te verwerken. De vervormbaarheid neemt af naarmate het koolstofpercentage in het staal toeneemt.
• Verenstaal: Verenstaal is een hoogkoolstofstaal, wat betekent dat het tot 1% koolstof bevat. Daarom is het brozer en moet het voor het buigen worden verwarmd. Na afkoeling kan het verenstaal opnieuw worden verhit voor verdere vormgeving. De hoge vloeigrens van verenstaal maakt het geschikt voor veren en draden met hoge sterkte.

Gelegeerd staal

Twee populaire staallegeringen zijn AISI 1018 en AISI 4140. De laatste twee cijfers van elk getal geven het percentage koolstof in de legering aan: 1018 heeft 0,18% koolstof en 4140 heeft 0,40% koolstof. Dit betekent dat 1018 een zacht staal is en 4140 een koolstofstaal van middelmatige kwaliteit. AISI 1080 kan koud gebogen worden en AISI 4140 moet een warmtebehandeling ondergaan alvorens te buigen. Gelegeerd staal wordt vaak gebogen om hijshaken en -ogen, grijpstangen en U-bouten te maken (figuur 3).

RVS

De verschillende soorten RVS variëren in koolstofgehalte van laagwaardig tot hoogwaardig (ongeveer 1% koolstofgehalte), maar onderscheiden zich van koolstofstaal door hun hoge chroomgehalte (minimaal 10,5%). Dit hoge chroomgehalte beschermt RVS tegen corrosie en roest.

Van de verschillende soorten RVS is de 300-serie, met name 304 RVS, het meest populair voor het buigen. Bij grote diameters is RVS echter zeer moeilijk met de hand te buigen. In dit geval wordt meestal een doornbuigmachine gebruikt. Warmtebehandeling vóór het buigen verbetert de vervormbaarheid, maar als het RVS niet snel genoeg wordt uitgeblust, zal het oververharden.

Buigwerkplaatsen verwerken vaak staal of RVS voor het buigen en vouwen in de vorm van plaatwerk. RVS moet een hoge graad van zuiverheid hebben, en het materiaal wordt algemeen gebruikt in voedsel- en watertechnologieën.

Aluminium

Aluminium is licht van gewicht, en het materiaal vereist gespecialiseerde vaardigheden en vervormingsprocessen om te voorkomen dat het materiaal barst. De buigeigenschappen variëren echter naar gelang van de gebruikte aluminiumsoorten.

6061 aluminium

Dit materiaal is moeilijk te buigen, en scheuren komen vrij vaak voor. Koud buigen verzwakt het materiaal altijd. Goed buigen kan door het aluminium eerst te verhitten.

3003 aluminium

3003 aluminium is het beste om te buigen vanwege zijn gemiddelde sterkte en hoge rek. Het kan koud worden gebogen, en heeft een groot verschil tussen treksterkte en vloeigrens. Dit betekent dat het permanent kan worden vervormd, met andere woorden veel kan worden gebogen, voordat het breekt.

5052 aluminium

5052 aluminium is bijna even goed te buigen als 3003 aluminium, maar heeft iets minder rek. Bij verhitting wordt de vorm echter beter dan die van 3003 aluminium. Aluminium wordt algemeen gebruikt in transport- en opslagtanks.

Koper

Door zijn kristalstructuur is koper zeer buigzaam en gemakkelijk te buigen. Het is ook duurzaam en kosteneffectief, en het heeft anticorrosie-eigenschappen. Dit materiaal wordt op grote schaal gebruikt in busstangen, pijpleidingen en relingen. Lees meer in ons artikel over het buigen van koperen pijp.

Messing & brons

Messing is een legering van koper en zink, terwijl brons een legering is van koper en tin. Hoe hoger de zinkconcentratie in messing, hoe minder smeedbaar het materiaal zal zijn. Dit is geen probleem bij eenvoudige buigprocessen, maar bij gecompliceerde buigtoepassingen moet het materiaal wellicht worden verwarmd. Brons is echter veel minder buigzaam dan messing. Omdat brons zeer bros is, vermindert verhitting het risico van scheuren tijdens het buigen niet noemenswaardig.

Titanium

Titanium is een uiterst sterk materiaal dat buiggereedschap kan breken. Het heeft een lage uniforme rek, dus om scheuren te voorkomen, moet een grotere interne buigradius worden gebruikt dan bij andere metalen buizen. Titanium heeft een lage elasticiteitsmodulus, wat betekent dat het niet gemakkelijk een buiging houdt. Daarom moet een titanium buis aanzienlijk worden overgebogen, zodat hij weer in de gewenste vorm terugveert. Titanium heeft een hoge ratio van vervormbaarheid, corrosiebestendigheid en sterkte-gewichtsverhouding. Titanium wordt algemeen gebruikt voor medische apparatuur, sportartikelen en de verwerkende industrie.

Kunststof

Kunststof is vrij gemakkelijk te beschadigen; daarom wordt specifiek gereedschap gebruikt om kunststofbuizen te buigen. Aangezien plastic geen nerven heeft, worden specifieke apparaten gebruikt om plastic zacht te maken, zodat het klaar is om gebogen te worden. Eerst worden polijstschijven gebruikt om plastic te polijsten, waardoor het materiaal zacht wordt. De kunststof wordt dan verhit om bochten te maken.

Hout

Hout wordt meestal gebogen voor verschillende doeleinden, zoals het bouwen van een boot of het vervaardigen van meubels. Het hout wordt eerst gestoomd om het in meerdere vormen te binden, waardoor het zacht wordt. Het zacht geworden hout wordt vervolgens gebogen met behulp van mallen.